Calculer le vent réel et pourquoi c’est important

Voici un excellent article de David Burch de Navigation stellaire sur la façon de calculer le vent réel et pourquoi c’est important pour les marins…

Il existe plusieurs façons de définir le vent. Pour les travaux météorologiques en mer, nous nous soucions uniquement du vent réel. Ce vent vrai est la vitesse et la direction du vent par rapport à la terre fixe sous l’océan. Amarrés au quai, on sent le vrai vent. Une fois que nous sommes en route, cependant, notre propre mouvement modifie le vent que nous ressentons, et cela s’appelle le vent apparent.

De nombreux marins prétendent que le vent apparent est tout ce qui leur tient à cœur, et cela peut être bien argumenté lorsqu’il s’agit de régler les voiles et de juger des performances. Mais pour connaître les conditions météorologiques qui sont à l’origine du vent et comment le vent change, nous devons connaître la direction du vent réel aussi précisément que possible. Les changements du vent réel sont généralement le premier signe d’un changement de modèle. Si nous ne comprenons pas cela correctement, nous pouvons manquer un changement important. Ce n’est pas une simple observation cependant, qui est le point à portée de main. De légers changements dans la vitesse du vent réel affectent la vitesse du bateau et, à leur tour, la vitesse et la direction du vent apparent, ce qui peut facilement masquer un changement petit mais important dans la direction du vent réel.

Pour aider à illustrer ces points de manière pratique, apportons quelques raccourcis :

AWS = Vitesse du vent apparent (par rapport au bateau)
AWA = Angle du vent apparent (par rapport à la proue, 0 à 180, tribord plus, bâbord moins)
AWD = Direction du vent apparent (par rapport au nord géographique)

S = Vitesse du noueur (par rapport à l’eau)
H = Cap (par rapport au nord géographique)

DFT = Current Drift (vitesse, par rapport à la terre fixe)
SET = Current Set (direction vers laquelle il circule, par rapport à la terre fixe)

SOG = Speed ​​Over Ground (par rapport à la terre fixe)
COG = Course Over Ground (par rapport à la terre fixe)

TWS = True Wind Speed ​​(par rapport à la terre fixe)
TWD = Direction du vent vrai (par rapport au nord géographique)

Étant donné que les directions du vent sont presque toujours discutées en termes de directions vraies, et non magnétiques, nous allons oublier la boussole pour le moment et considérer toutes les directions comme étant vraies. Notre utilisation réelle des directions de la boussole dans la navigation complique en effet un peu les choses, mais cela peut être réglé plus tard car ce n’est pas vraiment lié au sujet traité.

Pour passer en revue les problèmes impliqués, nous allons commencer par un exemple de base. Il peut faire très calme sur le quai, et je décolle au moteur plein nord avec mon compteur de nœuds indiquant 5,0 nœuds, et bien sûr, j’aurai 5,0 nœuds de vent apparent juste sur la proue. S = 5,0, H = 000, AWS = 5,0 ; AWA = 0, ce qui implique AWD = 000.

Si je passe ensuite à H = 090, j’aurai toujours AWS = 5,0 et AWA = 0, mais maintenant l’AWD = 090. Donc, s’il n’y a pas de vent du tout, je crée tout moi-même.

Un peu plus près du point en question, je pourrais faire la même chose, toujours avec S = 5 nœuds et puis je remarque que j’ai AWS = 7,0 nœuds, toujours avec AWA = 0. Quelque chose a changé. Je vérifie le GPS et constate que mon SOG = 7,0 nœuds, ce qui explique le vent supplémentaire. Je suis dans un courant qui déplace le bateau à 2,0 nœuds. Maintenant, je dois regarder le COG. Si le COG est exactement égal à mon cap, alors ce courant est directement sur ma poupe, me poussant vers l’avant à DFT = 2,0, SET = 090.

Maintenant, si j’éteins le moteur et ralentis à S = 0, avec H = 090, je devrais voir AWS = 2.0, toujours avec AWA = 0, fournissant le COG = 090, et SOG = 2.0 (toujours H = 090), et je peux conclure que j’ai mesuré deux choses : le vent vrai est calme, et le courant se met vers 090 à 2,0 nœuds. Si ce n’était pas le cas, l’un de ces nombres devait être différent.

Lorsque TWS n’est pas nul, cette analyse devient plus complexe et un triangle vectoriel doit être résolu, mais le point clé est toujours la différence entre COG et H. Si COG = H, ce qui signifie que vous vous déplacez dans la direction vers laquelle vous vous dirigez, alors tout les solutions de triangle vectoriel standard pour trouver le vent réel fonctionneront bien. Vous substituez simplement SOG au S qui se trouve dans les équations ou les routines de traçage.

Généralement, ces formules et routines de traçage résolvent l’angle du vent réel (TWA) basé sur AWA, AWS et S. Ensuite, vous appliquez le TWA à H pour obtenir le TWD. Tout fonctionne bien dans ces cas, et il existe de nombreuses ressources en ligne, comme celle incluse dans ce que nous appelons les calculatrices de navigation NIMA, qui est téléchargeable gratuitement sur www.starpath.com/navpubs.

Une fois que vous êtes hors de route et que COG n’est pas égal à H, les formules standard pour calculer le vent réel à partir de l’apparent ne fonctionneront pas correctement, car nous mesurons la direction du vent par rapport à H, mais notre mouvement réel est dans la direction de COG. Ainsi, vous ne pouvez plus simplement travailler avec l’angle du vent apparent (AWA) ; vous devez passer à l’utilisation de la direction du vent apparent (AWD) et résoudre les vecteurs relatifs à COG, comme indiqué dans le croquis ci-contre.

De plus, il me semble que les équations typiques que nous voyons dans les livres (y compris le mien) qui utilisent une certaine forme de la loi des cosinus pourraient ne pas être en mesure de gérer toutes les diverses combinaisons de directions dans ce cas. Il semble plus sûr d’obtenir la réponse à partir des coordonnées x-y, et nous présentons donc ces formules, écrites d’une manière qui peut aller directement dans une feuille de calcul ou une calculatrice.

AWA = + pour Tribord, – pour Bâbord
AWD = H + AWA ( 0 < AWD < 360 )

u = SOG * Sin (COG) – AWS * Sin (AWD)
v = SOG * Cos (COG) – AWS * Cos (AWD)

TWS = SQRT ( u*u + v*v )

TWD = ATAN ( u / v )

N’oubliez pas que dans une feuille de calcul, tous les angles doivent être exprimés en radians, c’est-à-dire COG = COG(º)*(Pi/180). Dans une feuille de calcul, vous pouvez écrire AWD = MOD(H+AWA;360).

Vous trouverez ci-dessous un exemple de calcul d’un cas extrême de courant fort montrant à quel point les résultats du vent réel sont différents si la différence COG-H n’est pas prise en compte. Dans ce tableau, TWS-x = u, TWS-y = v.

Remarque : l’image ci-dessus est plus compliquée que ce dont nous avons besoin dans la pratique. Une fois que vous avez compris l’AWD, vous pouvez utiliser votre méthode de traçage standard pour obtenir le vent réel. En d’autres termes, vous n’avez généralement pas à calculer SOG et COG ; ils peuvent être mesurés à partir du GPS.

Cependant, il est probablement plus simple de le tracer avec des relèvements réels, plutôt que comme un tracé relatif en utilisant COG comme 000. Vous trouverez ci-dessous un exemple. C’est le triangle vert que vous tracez, c’est-à-dire tracez SOG/COG et tracez AWS/AWD et connectez les points finaux pour obtenir TWS/TWD.

Le format de feuille de calcul qui calcule tout facilitera l’expérimentation de diverses interactions de la voile et du courant pour voir comment cela affecte le résultat final. Vous pouvez télécharger une copie de cette feuille de calcul avec les équations qu’elle contient sur la page d’assistance technique pour Modern Marine Weather (www.starpath.com/weatherbook).

Gardez à l’esprit que ces mesures supposent que les instruments sont étalonnés et que les capteurs de vent sont situés loin du vent perturbateur provenant des voiles ou d’autres gréements sur un navire à moteur. Nous avons vu des cas où les instruments de tête de mât sont affectés par des courants ascendants des voiles, c’est pourquoi certains bateaux de course utilisent un bras assez large maintenant les instruments à bonne distance de la tête de mât.

Un test simple consiste à mesurer le vent réel sur un bord par rapport à l’autre bord lorsque vous virez dans les deux sens dans une eau calme. Cet exercice peut également exposer d’autres problèmes importants, à savoir que votre vitesse varie sensiblement à chaque virement, ce qui implique que la détection de vitesse n’est pas purement symétrique – en supposant que les voiles le soient. Dans les grosses vagues, vous vous attendez souvent à ce que la vitesse soit différente sur des bords opposés, mais si les capteurs de vitesse et le réglage de la voile fonctionnent correctement, le vent réel doit être le même sur chaque bord ou empannage.

Ben Ellison a souligné (www.panbo.com) que de nombreux navigateurs performants préfèrent connaître le vecteur vent par rapport à l’eau par rapport au sol fixe en dessous, ce que nous obtiendrions en utilisant simplement S pour SOG et H pour COG. C’est ainsi que de nombreux instruments calculent ces données, bien que de nombreux modèles offrent désormais des options. Il propose d’appeler ce vent le vent d’eau, par opposition au vent vrai (ce qui, comme indiqué ci-dessus n’est pas correct), puis de supprimer le terme vent vrai et d’appeler ce vent de sol. Il y a clairement une logique dans cette terminologie, et cela fait comprendre que nous devrions réfléchir à ces différences. Nous devrons voir comment le sport et l’industrie réagissent.

Je suis démodé dans ces domaines, et je m’en tiendrai probablement au vent réel, et je vérifierai simplement qu’il est calculé correctement lorsque cela compte. Mais alors, j’utilise toujours GMT quand je devrais dire UTC1.

David Burch est le directeur de Starpath School of Navigation, qui offre des cours en ligne sur la navigation maritime et la météo à www.starpath.com. Il a écrit huit livres sur la navigation et a reçu le prix d’excellence de l’Institute of Navigation pour ses performances exceptionnelles en tant que navigateur en exercice.